ABSTRACT Nowadays, iron oxide based magnetic nanoparticles are used in several science and technology applications due to their magnetic properties. Likewise, these materials are used in biomedical applications such as contrast agents for magnetic resonance imaging, magnetic hyperthermia, targeted drug delivery, etc. In this work, the synthesis and characterization of Mg, Zn-containing ferrites with the chemical formula of Mg1-xZnxFe2O4 (0-0,9) were performed. Synthesis was carried out by thermal decomposition method (DT) using metal acetylacetonates (Mg, Zn and Fe) as reactants and oleic acid/phenyl-ether as reaction medium. The obtaining materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometry (VSM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and transmission electron microscopy (TEM). The X-ray diffraction patterns of the materials obtained exhibited the formation a single crystalline phase with an inverse spinel structure that corresponds to a magnesium ferrite (JCPDS 88-1935). Magnetic properties of obtained ferrites, such as saturation magnetization (Ms), remanent magnetization (Mr) and coercive field (Hc) were also evaluated by VSM. Ms increased as Zn2+ content was increased, reaching values within 20,22 to 40,03 emu/g, this increase was attributed to the variation of the cations distribution in the spinel structure. FT-IR and TEM results demonstrated that the synthesized nanoparticles have an oleic acid coating, an average size below 10 nm and morphology close to the spherical. According to these results it is possible to incorporate Zn2+ into a crystalline structure of MgFe2O4, by this particular DT method, obtaining ferrites potentially viable for biomedical applications.

RESUMEN Actualmente las nanopartículas magnéticas a base de óxido de hierro son utilizadas en diversas aplicaciones en las áreas de ciencia y tecnología, principalmente por sus propiedades magnéticas. Asimismo, estos materiales son utilizados en aplicaciones biomédicas tales como en la obtención de imágenes por resonancia magnética, hipertermia magnética, liberación de fármacos, etc. En este trabajo se reporta la síntesis y caracterización de ferritas de Mg y Zn con composición química Mg1-xZnxFe2O4 (x=0-0,9) mediante el método de descomposición térmica (DT). Se utilizaron acetilacetonatos metálicos (Mg, Zn y Fe) como reactivos y ácido oleico/feniléter como medio de reacción. Los materiales obtenidos se caracterizaron utilizando las técnicas de difracción de rayos X (DRX), magnetometría de muestra vibrante (MMV), espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Los patrones de difracción de rayos X de los materiales obtenidos muestran la formación de una única fase cristalina con estructura de espinela inversa correspondiente a una ferrita de magnesio (JCPDS 88-1935). Las propiedades magnéticas, tales como magnetización de saturación (Ms), magnetización remanente (Mr) y campo coercitivo (Hc) de las ferritas Mg-Zn fueron evaluadas mediante MMV. Se encontró que la Ms aumenta a medida que se incrementa el contenido de Zn2+ alcanzando valores de 20,22 a 40,30 emu/g, dicho cambio se atribuye a la variación de la distribución de los cationes presentes en la estructura de espinela. Mediante FT-IR y MET se determinó que las partículas sintetizadas poseen un recubrimiento superficial de ácido oleico, una morfología cercana a la esférica y un tamaño de partícula inferior a los 10 nm. De estos resultados se confirma la viabilidad de la incorporación de iones Zn dentro de la estructura cristalina de MgFe2O4 utilizando el método de DT, obteniéndose ferritas potencialmente utilizables en aéreas biomédicas.

ABSTRACT In this work, the synthesis of MgxGa1-xFe2O4 magnetic nanoparticles (MNPs) by sol-gel method is presented. All synthesized samples were identified as a crystalline single phase and the saturation magnetization (Ms) values are within the range of 21,2 to 46,4 emu/g, while coercive field values are less than 100 Oe. The selected samples (x= 0,4 and 0,6) have an average particle size of 14 ± 4 nm, a near spherical shape and by solid state magnetic induction it was possible to demonstrate that a quantity of 6,0 mg of nanoparticles per mL of solution is enough to increase the temperature of the medium (H2O) up to 43,5 °C in less than 10 min. According to the presented results these synthesized nanoparticles are potential materials for their use in cancer treatment by magnetic hyperthermia therapy.

RESUMEN En este trabajo se documenta la síntesis de nanopartículas magnéticas (NPMs) de MnxGa1-xFe2O4, x=0,1 por el método de sol-gel identificando, para cada una de las muestras sintetizadas, la obtención de una única fase cristalina, valores de magnetización de saturación en el rango de 21,2 a 46,4 emu/g y valores de Hc menores a los 100 Oe. Las muestras seleccionadas (x= 0,4 y 0,6) poseen un tamaño promedio de 14 ± 4 nm y una forma cercana a la esférica y mediante la técnica de inducción magnética en estado sólido se encontró que una cantidad de 6,0 mg de nanopartículas por mL de solución es suficiente para incrementar la temperatura del medio (H2O) por encima de los 43,5 °C en un tiempo menor a los 10 min, haciendo a estos materiales potencialmente viables para su uso en el tratamiento del cáncer mediante la terapia de hipertermia magnética.

Abstract The use of both cenospheres, and mixtures of mineral zeolite is implemented in the process of submerged injection, in order to improve the removal of magnesium at 750 °C (from 1 wt% to a value equal to or less than 0.1 wt%) of an aluminum bath of A332 alloy automotive use, using Ar as carrier gas. Selected for testing were injection parameters: powder flow dust 16.2 g / min, 4.4 L gas Ar / min for a load of 8 kg aluminum at a temperature of 750 °C. Decreased magnesium content was analyzed during injection spark emission spectrometry, taking samples every 10 minutes to complete the test. The slag produced for each experiment was characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The characterization of the reaction products and the use of reaction thermodynamic predictions using FactSage® and data base can corroborate the reaction mechanism between the powder and the liquid aluminum bath to remove magnesium, where the main product is the spinel (MgAl2O4). Comparatively, the cenospheres are less than the zeolite efficiency. The injection of mixtures zeolite:cenospheres in percentages 70:30 and 50:50, produced better results regarding single cenospheres. However, the zeolite was the one with a better magnesium removal efficiency from 1-0038wt%.

Resumen Se implementó el uso de cenoesferas, zeolita mineral y mezclas de ambas, en el proceso de inyección sumergida para mejorar la remoción de magnesio a 750 °C (desde 1% e.p. a un valor igual o menor al 0.1% e.p.) del baño de aluminio de una aleación A332 de uso automotriz, utilizando Ar como gas acarreador. Los parámetros seleccionados para las pruebas de inyección fueron: flujo de polvo de 16.2 g polvo/min, de gas de 4.4 L Ar/min para una carga de 8 kg de aluminio a una temperatura de 750 °C. Se analizó la disminución del contenido de magnesio durante la inyección por espectrometría de emisión por chispa, tomando muestras cada 10 min hasta terminar la prueba. La escoria producida se caracterizó para cada experimento por difracción de rayos X (DR-X) y microscopía electrónica de barrido (MEB). La caracterización de los productos de reacción y el uso del software termodinámico FactSage®, permitieron corroborar el mecanismo de reacción entre los polvos y el baño de aluminio líquido para remover el magnesio, donde el principal producto es la espinela (MgAl2O4). Comparativamente, las cenoesferas tienen una eficiencia inferior a la zeolita. La inyección de mezclas zeolita:cenoesferas en porcentajes 70:30 y 50:50 (zeolita:cenoesferas) produjo mejores resultados respecto a las cenoesferas solas. Sin embargo, la zeolita fue la que presentó una mejor eficiencia de eliminación de magnesio desde 1 a 0.038% e.p.

Calcium sulphoaluminate cement (CSAC) is an attractive candidate for biomedical applications due to its appropriate mechanical properties and high calcium content. In vitro bioactivity and hemocompatibility of calcium sulphoaluminate cement were assessed. The cement was prepared from a mixture of calcium sulphoaluminate (CSA) clinker, gypsum and water. Cement samples were immersed in a simulated body fluid (SBF) at 37 °C for different periods of time (7, 14 and 21 days). The analyses of these samples after their immersion in SBF revealed the formation of a bonelike apatite layer on their surface. The hemolytic activity was assessed by measuring hemoglobin released from erythrocytes when they were exposed to the cement. The results showed that the cement is hemocompatible.

Magnesium removal process from molten aluminum using particles of silica sand was studied from a hydrodynamic point of view using computational fluid dynamics (CFD). The gas-liquid flow was modeled by a model of the Euler type for both gas and liquid phase transport. Newton´s law of motion was used to describe the subsurface motion of injected solid particles from the calculated flow field in one-way coupling. The kinetics of the transitory reaction was described by using the model proposed by Ohguchi and Robertson for transitory reactions. The contacting method of reaction for silica particles of 75, 210 and 425 µm was established according to its dynamic interaction with the two phases flow. When the particle size was increased, the residence time increased as well; however, the efficiency for the transitory reaction was decreased. The reaction rate simulation showed a good agreement with experimental results reported in the literature.